錦屏二級(jí)水電站深埋大理巖破裂擴(kuò)展的時(shí)間效應(yīng)

劉 寧，張春生，吳旭敏，褚衛(wèi)江

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310014)

錦屏二級(jí)水電站深埋大理巖破裂擴(kuò)展的時(shí)間效應(yīng)

劉 寧，張春生，吳旭敏，褚衛(wèi)江

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310014)

針對(duì)在錦屏二級(jí)水電站引水隧洞中出現(xiàn)的大理巖滯后破裂現(xiàn)象，采用試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)、理論分析等手段綜合分析了此現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理。錦屏二級(jí)引水隧洞的最大埋深2525 m，應(yīng)力和巖體強(qiáng)度之間的矛盾尖銳，埋深的變化導(dǎo)致屬于脆性巖石的大理巖也出現(xiàn)了破裂擴(kuò)展的現(xiàn)象。借助室內(nèi)壓縮試驗(yàn)確定破裂為大理巖的主要開(kāi)挖響應(yīng)方式，現(xiàn)場(chǎng)布置的錨桿應(yīng)力計(jì)測(cè)量結(jié)果及聲波測(cè)試結(jié)果都表明深埋大理巖存在破裂隨時(shí)間擴(kuò)展的特點(diǎn);采用基于應(yīng)力腐蝕理論開(kāi)發(fā)的應(yīng)力腐蝕模型PSC可以很好地模擬這一現(xiàn)象。

大理巖;破裂;時(shí)間效應(yīng);引水隧洞;錦屏二級(jí)水電站

錦屏二級(jí)水電站工程中的4條引水隧洞是迄今為止中國(guó)巖石工程建設(shè)中埋深最大的地下工程，一般埋深為1500～2000 m，最大埋深達(dá)到2 525 m，僅自重應(yīng)力已相當(dāng)可觀，再加上構(gòu)造作用，使錦屏引水隧洞表現(xiàn)出強(qiáng)烈的高地應(yīng)力特點(diǎn)，實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力42.11MPa，通過(guò)反演得到的最大主應(yīng)力約為70 MPa。在如此高地應(yīng)力條件下，大理巖所表現(xiàn)出的宏觀力學(xué)特性與常規(guī)應(yīng)力條件下相比具有明顯不同的特點(diǎn)，由此也導(dǎo)致了錦屏二級(jí)水電站工程復(fù)雜的圍巖響應(yīng)，并出現(xiàn)了許多新的值得深入研究的問(wèn)題。

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞沿線(xiàn)圍巖除部分板巖和綠泥石片巖外，整個(gè)引水隧洞圍巖屬于Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)圍巖，隧洞開(kāi)挖以后總體以脆性破壞為主，可以認(rèn)為大理巖本身并不具備傳統(tǒng)意義上理解的軟巖的流變特性，但是在監(jiān)測(cè)過(guò)程中和現(xiàn)場(chǎng)的破壞現(xiàn)象中，都觀察到了滯后破裂的現(xiàn)象(圖1)?，F(xiàn)場(chǎng)主要的表現(xiàn)是開(kāi)挖后相當(dāng)完整的大理巖，當(dāng)掌子面向前推進(jìn)到一定距離，完成二次應(yīng)力調(diào)整后，大理巖的破裂依然發(fā)展，而且一直持續(xù)進(jìn)行，破裂的深度遠(yuǎn)大于掌子面開(kāi)挖后的情形，最終導(dǎo)致噴層開(kāi)裂和剝落，錨桿失效，嚴(yán)重影響了隧洞的整體穩(wěn)定性。

圖1 完整大理巖滯后破裂現(xiàn)象

可以預(yù)見(jiàn)，隨著錦屏二級(jí)水電站施工期的結(jié)束，隧洞圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性將成為工程關(guān)心的首要巖石力學(xué)問(wèn)題。雖然已經(jīng)在錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞實(shí)踐過(guò)程中認(rèn)識(shí)到了深埋條件下大理巖存在破裂和破裂隨時(shí)間發(fā)展的特性，也對(duì)其潛在工程危害有了一定的認(rèn)識(shí)，但是定量評(píng)估大理巖這種復(fù)雜的力學(xué)行為并非易事，涉及從基本理論到工程應(yīng)用過(guò)程中一系列環(huán)節(jié)的研究工作和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。由此可見(jiàn)，研究并解決好這一問(wèn)題，對(duì)深埋條件下巖體力學(xué)特性的研究具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)巖石地下工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

1 脆性巖石時(shí)效破壞的研究現(xiàn)狀

首次認(rèn)識(shí)到脆性巖石破裂隨時(shí)間擴(kuò)展的現(xiàn)象可追溯到20世紀(jì)70年代，瑞士一交通隧洞貫通2 a后，當(dāng)人們?cè)俅芜M(jìn)入到施工橫通道時(shí)發(fā)現(xiàn)原來(lái)十分堅(jiān)硬完整的花崗巖已經(jīng)片狀化，脆性圍巖破裂隨時(shí)間發(fā)展的特征十分明顯［1］。在發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象以后，人們開(kāi)始著手研究巖體在高應(yīng)力條件下的破裂行為，但因?yàn)閱?wèn)題的復(fù)雜性，直到20世紀(jì)90年代，在加拿大URL的建設(shè)中人們才開(kāi)始比較系統(tǒng)地研究這一問(wèn)題［2］，通過(guò)啟裂強(qiáng)度和損傷強(qiáng)度來(lái)描述巖石的破裂特性，但是破裂發(fā)生和發(fā)展可以出現(xiàn)在彈性階段，使得傳統(tǒng)的力學(xué)概念、理論和描述方法難以描述破裂行為。

Fairhurst［3］在總結(jié)了 URL的相關(guān)研究成果以后，給出了荷載-變形-時(shí)間三軸關(guān)系圖，其中縱軸為荷載，兩條橫軸中的一條為變形，荷載-變形關(guān)系構(gòu)成了傳統(tǒng)的巖體本構(gòu)關(guān)系。在三軸關(guān)系圖中還存在一條軸線(xiàn)，即時(shí)間軸，它顯示巖體的荷載-變形關(guān)系不是一成不變的，而是隨時(shí)間變化，即巖體特性隨時(shí)間變化。

1985年Schmidtke和Lajtai發(fā)表了一篇關(guān)于脆性巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度的文章［4］，分析了花崗巖和火成巖在核廢料儲(chǔ)存中長(zhǎng)期的力學(xué)行為。在長(zhǎng)期加載過(guò)程中，兩種巖石都受到長(zhǎng)期荷載的影響，它們的強(qiáng)度大約能夠降低到60%的瞬時(shí)強(qiáng)度，持續(xù)時(shí)間從幾秒到17d。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明在1000 m的地下儲(chǔ)藏核廢料會(huì)受到時(shí)間和周?chē)叩貞?yīng)力的影響。Schmidtke和Lajtai的試驗(yàn)便是著名的疲勞破壞試驗(yàn)。

在應(yīng)力作用下控制裂紋擴(kuò)展的化學(xué)過(guò)程稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕。典型的試驗(yàn)便是Charles［5］于1958年完成的，他提出水通過(guò)破壞硅氧之間的強(qiáng)力化學(xué)鍵來(lái)進(jìn)行腐蝕，取而代之的是稍弱的硅羥基鏈接。在這個(gè)反應(yīng)中，硅酸鹽中的堿離子扮演了催化劑的角色。由于巖石是一種多礦物成分的材料，每種礦物成分以及交界處都是化學(xué)反應(yīng)的理想場(chǎng)所，可以認(rèn)為，巖石應(yīng)力腐蝕亞臨界裂紋擴(kuò)展是由于在拉應(yīng)力作用下裂紋尖端物質(zhì)的擴(kuò)散和尖端物質(zhì)與環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使化學(xué)鍵斷裂這兩種機(jī)理聯(lián)合作用的結(jié)果。

目前看來(lái)，應(yīng)力腐蝕可以作為脆性巖石時(shí)間效應(yīng)的主要控制因素，通常發(fā)生在巖石的缺陷中，而這些缺陷在傳統(tǒng)的斷裂力學(xué)中被作為裂紋來(lái)處理，兩者的尺度并不統(tǒng)一。由上面的分析可知，脆性巖石的破裂主要受微觀結(jié)構(gòu)控制，因此應(yīng)力強(qiáng)度因子并不能很好地代表裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)，只有當(dāng)大量的微裂紋匯聚成一條宏觀裂紋時(shí)，才比較合適，因此必須發(fā)展一種新的方法來(lái)代替斷裂力學(xué)對(duì)裂紋進(jìn)行描述。

顆粒流程序PFC(particle flow code)在描述破裂和裂紋擴(kuò)展方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。與其他任何傳統(tǒng)的數(shù)值方法不同，PFC是從介質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)的微力學(xué)行為來(lái)模擬介質(zhì)的宏觀巖體力學(xué)特性，因此PFC可以更加合理地模擬巖石的破裂擴(kuò)展［6-7］。PFC中的顆粒尺度的節(jié)理會(huì)引起拉應(yīng)力而加速腐蝕過(guò)程，而這些節(jié)理與斷裂力學(xué)模型中的裂紋不同。由于PFC能夠支持與微觀結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的顆粒尺度節(jié)理的模擬，因此會(huì)比斷裂力學(xué)模型更加合理地模擬巖石中真實(shí)的物理力學(xué)性能，再現(xiàn)應(yīng)力腐蝕這一物理現(xiàn)象。

Potyondy［8］通過(guò)在黏結(jié)顆粒模型 BPM(bondedpartical model)中的平行黏結(jié)公式中引入損傷速率這一概念，來(lái)模擬硅酸鹽巖體在水的作用下的應(yīng)力腐蝕行為，在BPM模型中力的傳遞和轉(zhuǎn)移在不同的地方將產(chǎn)生微張力，并假定在微張力產(chǎn)生的地方存在應(yīng)力腐蝕行為。當(dāng)荷載超過(guò)巖體的啟裂強(qiáng)度后，在給定的速率下減小顆粒之間的黏結(jié)材料的幾何尺寸來(lái)反映應(yīng)力腐蝕的特征。在每一次計(jì)算中全局的應(yīng)力進(jìn)行重分布，而黏結(jié)材料的移除可以通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是黏結(jié)材料的破壞(其應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度)，二是黏結(jié)材料幾何尺寸為零，這種模型被稱(chēng)為PSC模型(parallel-bonded stress corrosion model)。

2 大理巖的破裂特性

隧洞開(kāi)挖以后圍巖會(huì)出現(xiàn)損傷和應(yīng)力重分布現(xiàn)象，這種應(yīng)力變化在不同性質(zhì)圍巖中產(chǎn)生不同的現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象。錦屏二級(jí)水電站大理巖具有脆-延轉(zhuǎn)換特性［9］，即在靠近開(kāi)挖面低圍壓條件下表現(xiàn)出脆性，高應(yīng)力作用下的脆性巖體會(huì)很普遍地出現(xiàn)破裂損傷現(xiàn)象，由于損傷往往開(kāi)始出現(xiàn)在應(yīng)力水平相對(duì)不高(如40%的峰值強(qiáng)度)的條件下，錦屏二級(jí)水電站引水隧洞圍巖開(kāi)挖以后的應(yīng)力普遍超過(guò)這一水平，因此損傷問(wèn)題非常普遍，這種損傷盡管現(xiàn)在還不能引起巖體強(qiáng)度和力學(xué)特性的急劇變化，但隨著工程的進(jìn)展，損傷向著破裂的方向擴(kuò)展，可能給引水隧洞運(yùn)行期間的安全留下了隱患。

圖2為埋深約2 000 m處鉆孔取樣的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)。當(dāng)軸向壓力小于20 MPa時(shí)，巖樣經(jīng)歷了一個(gè)裂紋壓密過(guò)程，對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變約為0.10%。顯然，巖樣中存在一些與加壓方向大角度相交的裂紋，使得加載初期即出現(xiàn)這種壓密響應(yīng)。可能正是這種縱向初始裂紋占主導(dǎo)地位，巖樣中沒(méi)有形成占優(yōu)勢(shì)的共軛剪切破壞面，影響了破壞階段裂紋擴(kuò)展規(guī)律，使得破壞前的破裂擴(kuò)展不如預(yù)期突出。巖石達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?yōu)?.35%，如果減去壓密段的0.10%，應(yīng)變量約為0.25%，橫向應(yīng)變不足0.10%。即白山組大理巖破壞前的變形量很小，從巖石特性角度看，完整大理巖開(kāi)挖以后的主要問(wèn)題不是變形，而是破裂。

圖2 巖樣壓縮試驗(yàn)過(guò)程曲線(xiàn)

同樣錦屏二級(jí)水電站大理巖在開(kāi)挖過(guò)程中也表現(xiàn)出了破裂的特征，體現(xiàn)了巖體強(qiáng)度和應(yīng)力水平之間的尖銳矛盾。圖3為錦屏二級(jí)水電站大理巖肉眼可見(jiàn)的破裂，一般保持和開(kāi)挖面平行。破裂一般表現(xiàn)出以下3個(gè)基本特點(diǎn):①宏觀破壞深度和范圍不大，對(duì)施工安全影響小而被忽視;②宏觀破壞區(qū)內(nèi)部存在一個(gè)細(xì)觀或微觀的破損區(qū)，可以被聲發(fā)射或聲波測(cè)試所檢測(cè);③宏觀破裂和細(xì)觀損傷都存在明顯的時(shí)間效應(yīng)，即隨時(shí)間推移不斷加劇。

圖3 輔助洞東端11號(hào)橫通道邊墻出現(xiàn)的片狀破壞［10］

破裂損傷區(qū)的存在對(duì)圍巖施工安全影響不大，但會(huì)影響永久支護(hù)和圍巖運(yùn)行期的安全，特別是破裂損傷區(qū)對(duì)巖體強(qiáng)度的降低和裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致的滲透性能的改變。

3 大理巖破裂擴(kuò)展時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)

a.滯后破裂。新開(kāi)挖面完整圍巖在經(jīng)歷一段時(shí)間以后出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，比如在錨桿孔造孔施工過(guò)程中出現(xiàn)碎片掉落現(xiàn)象(圖4)，現(xiàn)場(chǎng)巡視中也往往可以看到圍巖破裂總是落后掌子面一段距離(圖5)，可以比較明顯地看出破裂開(kāi)始的分界線(xiàn)，從該分界線(xiàn)開(kāi)始往后，開(kāi)始持續(xù)出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，破裂的深度達(dá)到30 cm。

圖4 鉆孔塌孔

圖5 滯后掌子面破裂擴(kuò)展情況

圖6 錨桿應(yīng)力計(jì)實(shí)測(cè)應(yīng)力過(guò)程線(xiàn)

b.錨桿受力。滯后掌子面約100 m后安裝的錨桿應(yīng)力計(jì)可以普遍受力，由于掌子面開(kāi)挖不影響監(jiān)測(cè)部位的圍巖應(yīng)力，因此，錨桿受力主要反映了圍巖破裂隨時(shí)間的擴(kuò)展。從圖6可以看出，距離洞壁6 m處的傳感器顯示錨桿承受的最大應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了200 MPa，已經(jīng)超出了錨桿的受力極限，在將近3 a的時(shí)間中一直保持較快的增長(zhǎng)。而2 m處的傳感器在安裝初期幾個(gè)月內(nèi)保持一定的增長(zhǎng)，以后便基本保持不變，說(shuō)明2 m深度處的破裂已經(jīng)發(fā)展得比較充分，錨桿已經(jīng)無(wú)法提供抗力。

c.破裂擴(kuò)展。錦屏二級(jí)水電站引水隧洞采用鉆爆法分上下臺(tái)階開(kāi)挖，滯后掌子面數(shù)千米的下半斷面開(kāi)挖過(guò)程中所揭露的圍巖破裂區(qū)深度遠(yuǎn)大于掌子面開(kāi)挖后的情形。圖7中的洞段距離隧洞上半洞開(kāi)挖大約1 a的時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)看到該洞段腰線(xiàn)部位的圍巖破裂現(xiàn)象十分普遍，并且破裂深度較深，圍巖破裂的擴(kuò)展導(dǎo)致破裂面張開(kāi)2 cm左右，而且隨著時(shí)間的推移，這一破裂面的張開(kāi)寬度還將進(jìn)一步的增大，成為地下水流動(dòng)的重要通道，說(shuō)明上臺(tái)階開(kāi)挖以后二次應(yīng)力作用下的圍巖破裂隨時(shí)間不斷擴(kuò)展。

圖7 底板開(kāi)挖后腰線(xiàn)位置破裂情況

d.聲波測(cè)試。與破裂隨時(shí)間擴(kuò)展一致，更深一些的圍巖損傷程度和發(fā)育深度也隨時(shí)間不斷擴(kuò)展。同一鉆孔不同時(shí)間進(jìn)行的聲波測(cè)試結(jié)果顯示，隨時(shí)間推移，鉆孔低波速帶深度增大。表1為開(kāi)挖完成后布置的10個(gè)長(zhǎng)期聲波觀測(cè)孔(具體位置見(jiàn)圖8)的5次測(cè)試成果，可以看出，間隔5個(gè)月圍巖松弛深度平均增加了50 cm。這一監(jiān)測(cè)成果證明了破裂隨時(shí)間發(fā)展的特點(diǎn)。

3.2 工程影響

圖8 隧洞斷面長(zhǎng)期聲波觀測(cè)孔分布

錦屏二級(jí)水電站工程現(xiàn)場(chǎng)圍巖的破壞、長(zhǎng)期聲波觀測(cè)孔的聲波測(cè)試成果、二次落底開(kāi)挖過(guò)程中底板的損傷以及錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果都反映了大理巖損傷隨時(shí)間發(fā)展的特征，必將導(dǎo)致圍巖的損傷區(qū)深度隨著時(shí)間而增長(zhǎng)。一方面，破裂損傷的發(fā)展使得錨桿的應(yīng)力水平相當(dāng)高，開(kāi)挖1 a后已經(jīng)有錨桿的應(yīng)力超出其抗拉強(qiáng)度，隨著工程的進(jìn)展，大理巖破裂損傷進(jìn)一步隨時(shí)間擴(kuò)展，將很有可能導(dǎo)致錨桿應(yīng)力普遍接近其抗拉極限，甚至大范圍出現(xiàn)超出抗拉極限的現(xiàn)象;另一方面，破裂損傷隨著時(shí)間向圍巖深部的擴(kuò)展，導(dǎo)致?lián)p傷程度的增加以及破裂面的張開(kāi)等，這些破裂面的存在以及損傷裂紋的擴(kuò)展為地下水活動(dòng)提供了重要通道，將對(duì)隧洞長(zhǎng)期穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響，特別是在噴錨支護(hù)作為永久過(guò)流斷面的洞段，隧洞在內(nèi)外水壓力的長(zhǎng)期作用下，支護(hù)系統(tǒng)的有效性和安全性將存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要開(kāi)展針對(duì)深埋脆性巖石破裂擴(kuò)展時(shí)間效應(yīng)的研究，保證引水隧洞的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

4 大理巖破裂擴(kuò)展時(shí)間效應(yīng)的數(shù)值模擬

為了驗(yàn)證錦屏二級(jí)水電站大理巖破裂擴(kuò)展的時(shí)間效應(yīng)，開(kāi)展了大理巖的靜態(tài)疲勞破壞試驗(yàn)［11］，結(jié)果見(jiàn)圖9。破壞時(shí)間曲線(xiàn)縱坐標(biāo)采用破壞時(shí)間tf的對(duì)數(shù)，而橫坐標(biāo)采用驅(qū)動(dòng)應(yīng)力比，即σ/σc=(σ1-Pc)/(σf-Pc)，其中σ1為靜態(tài)疲勞試驗(yàn)中軸向施加的應(yīng)力;Pc為施加的圍壓;σf為常規(guī)壓縮試驗(yàn)中測(cè)得的峰值強(qiáng)度;σ為靜態(tài)疲勞試驗(yàn)中的偏應(yīng)力，且σ=σ1-Pc;σc為常規(guī)壓縮試驗(yàn)中的偏應(yīng)力，且σc=σf-Pc。采用 Potyondy［8］提出的應(yīng)力腐蝕模型 PSC對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行了復(fù)核驗(yàn)證，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室中的靜態(tài)疲勞破壞試驗(yàn)的結(jié)果比較吻合，表明通過(guò)在顆粒流程序PFC中引入損傷速率的概念形成的PSC模型能夠較好地再現(xiàn)脆性巖石中的應(yīng)力腐蝕作用。

表1 不同時(shí)間聲波測(cè)試成果

圖9 大理巖破裂時(shí)間效應(yīng)的靜態(tài)疲勞破壞試驗(yàn)

5 結(jié)語(yǔ)

與我國(guó)其他地下水電工程相比，錦屏二級(jí)水電站深埋引水隧洞顯然有其特殊性，對(duì)深埋條件下巖體強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)和參數(shù)指標(biāo)的確定方法，很可能全面超越水電行業(yè)既有的規(guī)程規(guī)范，其中深埋巖體強(qiáng)度的時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題的研究便是一個(gè)全新的研究課題。目前世界上關(guān)于此問(wèn)題的研究成果并不多見(jiàn)，因此解決破裂擴(kuò)展問(wèn)題需要采用全新的工作思路，去獲得大理巖強(qiáng)度隨時(shí)間變化特性的認(rèn)識(shí)，豐富巖石力學(xué)理論，解釋和定量估計(jì)隧洞圍巖破裂隨時(shí)間的變化特征，滿(mǎn)足引水隧洞長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行的需要。

［1］錦屏二級(jí)水電站引水隧洞圍巖穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)專(zhuān)題研究:2010年階段性總結(jié)報(bào)告［R］.武漢:Itasca(武漢)咨詢(xún)有限公司，2010.

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［10］劉寧.深埋大理巖破裂擴(kuò)展的時(shí)間效應(yīng)及隧洞長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)［R］.杭州:華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011.

［11］劉寧，張春生，褚衛(wèi)江.深埋大理巖破裂擴(kuò)展時(shí)間效應(yīng)的顆粒流模擬［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(10):1989-1996.(LIU Ning，ZHANG Chunsheng，CHU Weijiang.Simulating time-dependent failure of deep marble with particle flow code［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(10):1989-1996.(in Chinese))

Time-dependent failure of deep-buried marble in Jinping Ⅱ Hydropower Station

LIU Ning，ZHANG Chunsheng，WU Xumin，CHU Weijiang(Hydrochina Huadong Engineering Corporation，Hangzhou310014，China)

The deep-buried marble in the headrace tunnel of JinpingⅡHydropower Station exhibit time-dependent failure.The internal mechanism of the phenomenon is comprehensively analyzed by means of tests，monitoring and theoretical analysis.The largest buried depth of the headrace tunnel reaches 2525 m，and the contradiction between the stress and rock mass strength is sharp.The variation of buried depth makes the marble which belongs to brittle rock also exhibit the phenomenon of fracture extension with time.The fracture is regarded as the main excavation response based on the laboratory compression tests.The field anchor stress meters and acoustic wave tests show the time-dependent failure characteristics of deep-buried marble.The parallel-bonded stress corrosion model based on the stress corrosion theory can be employed to satisfactorily simulate such phenomenon.

marble;fracture;time-dependent failure;headrace tunnel;JinpingⅡHydropower Station

TU452

A

1006-7647(2013)02-0063-05

10.3880/j.issn.1006-7647.2013.02.014

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(51109221);浙江省博士后擇優(yōu)資助(2011-bsh-019)

劉寧(1981—)，男，山東煙臺(tái)人，高級(jí)工程師，博士，主要從事巖石力學(xué)與水電工程研究。E-mail:liu_n@ecidi.com

2012-05-15 編輯:熊水斌)